(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に配置され前記吸気通路内を流れる空気流の一部を取り込む副通路と、前記副通路に配置される流体流量を検出するセンサ素子と、を有する流量センサにおいて、
前記副通路は、２つ以上の樹脂部材から形成されており、
前記樹脂部材の一方には、つぶれ代のある圧入ピンが形成されており、
前記樹脂部材の他方には、前記圧入ピンが形成されている樹脂部材と嵌合するための前記圧入ピンの受け穴が形成されており、
前記受け穴は、内径の異なる２段以上の穴から成り、
内径の小さい穴の深さ方向の長さをＬ１、圧入ピンのつぶれ代のある領域の長さをＬ２としたときに、Ｌ１＜Ｌ２であることを特徴とする流量センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の流量センサにおいて、
前記受け穴が形成される樹脂部材の厚さをＬ３とすると、Ｌ１＜Ｌ２＜Ｌ３であることを特徴とする流量センサ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の流量センサにおいて、
前記圧入ピンが形成される樹脂部材は、一部に窪みが設けられており前記窪みに前記圧入ピンが形成されていることを特徴とする流量センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の流量センサにおいて、
前記圧入ピンおよび前記受け穴は、前記副通路が構成される領域に形成されていることを特徴とする流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用内燃機関の吸気通路を流れる空気等の流量を検出すべく、検知部としての発熱抵抗体によるセンサ素子を備えた熱式流量センサに係り、特に流量測定精度の向上を図った熱式流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに搭載される内燃機関の流量を検出するセンサとして、質量流量を直接計測できる熱式の流量センサが主流になっている。
【０００３】
自動車のエンジン制御の分野では、エンジンに供給される空気流量をシリコン（ＳＩ）などの半導体基板上にマイクロマシニング技術を用いて製造したセンサ素子を用いた流量センサが提案されている。このようなセンサ素子は、エンジンに必要な流量範囲において、安定した流れの中に配置して精度よく流量を検出すること、大量生産において固体間の製造ばらつきに起因する精度を向上すること、長期間の使用においても初期精度を維持することが課題である。
【０００４】
このような課題に対し、熱式流量センサは、センサモジュールとして流体が流れる主通路に配置され、センサモジュールには、センサ素子に流体を導く副通路が形成されており、この副通路にセンサ素子を配置する従来技術があり、例えば下記特許文献１に記載の発明がある。かかる文献に記載の構成は、回路基板を固定するベース部材と、このベース部材と嵌合するハウジング部材を備え、ベース部材とハウジング部材を接着，嵌合させることにより副通路を形成している。このベース部材とハウジング部材のいずれかに圧入ピンと圧入ピンを挿入する圧入穴を設け、金属ワイヤ近傍に配置することでハウジング部材とベース部材の相対的な熱変位を最小限に抑えることで、金属ワイヤの劣化を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−６２１７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
センサ素子を配置する副通路は、センサモジュールを構成する２つ以上の部品により形成される。構成する部材としてはハウジング部材，ベース部材，カバー部材などがあり、これらの部品を接着剤で接合することにより流体を導く副通路を形成する。これらの部材を互いに嵌合する際に、特許文献１に記載のように圧入ピン、圧入ピンの受け穴を形成する。
【０００７】
副通路を構成する部品は、同一材料である方が線膨張係数も同じであり、環境温度による変化に対して有効であり、この場合、何れも樹脂材を使用することが望ましい。
【０００８】
しかし、構成部品を何れも樹脂材とすると、単純な凹形状の受け穴では、嵌合時に十分な保持力が得られない、という課題がある。
【０００９】
圧入ピンを樹脂で形成し、受け穴も樹脂材である場合、圧入により、ピンのつぶれ代がつぶれるが、一方で受け穴も変形する。受け穴が金属材料の場合は、このような変形は発生しない。この保持力が不十分な場合、加熱接着時に初期の嵌合状態を維持することができず、副通路を構成する部材の嵌合状態が製造時にばらつく結果となる。それゆえ、センサ素子が配置される副通路の有効断面積がばらつくことになり、主通路の流れが一定であっても、副通路内の流速が各個体のセンサモジュール毎に異なることになり、流量センサモジュールの製造ばらつきが生じる。
【００１０】
しかしながら、特許文献１に所載の熱式流量センサは、上記のような２つの部材の嵌合ばらつきによる副通路の有効断面積のばらつきが考慮されていない。
【００１１】
そこで、本発明は、前述した従来の問題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、センサ素子の配置される副通路の接合のばらつきを低減し、流量センサモジュールの固体製造ばらつきを低減した熱式流量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成すべく、本発明に係る熱式流量センサでは、副通路が２つ以上の樹脂部材から形成されており、樹脂部材の一方にはつぶれ代のある圧入ピンが形成されており、他方の樹脂部材には、圧入ピンが形成されている樹脂部材と嵌合するための圧入ピンの受け穴が形成されており、受け穴は内径の異なる２段以上の穴から成り、内径の小さい穴の深さ方向の長さをＬ１、圧入ピンのつぶれ代のある領域の長さをＬ２としたときに、Ｌ１＜Ｌ２とした。この構成により、圧入ピンは挿入時に内径の小さい穴と接触し、圧入ピンの先端は、圧入後は樹脂ベース部材とは接触しないことになる。この状態で接着剤の熱硬化を行うと、圧入ピンの先端は、つぶれ代の形状が若干回復し、より強い保持力を発生する。これにより、熱硬化中に、樹脂ハウジングと樹脂ベースの縦方向の位置関係が保持されるため、接着硬化後の精度を改善することができ、従って、量産における固体間の副通路の有効断面積のばらつきを低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、センサ素子が配置される副通路を形成する過程において、圧入ピンが受け穴に挿入されることにより、樹脂ハウジング部材と樹脂ベース部材の面方向の接合精度を向上することができる。また、接着硬化中に接合状態を変化させない保持力を得ることにより、高さ方向の接合精度を向上することができる。これにより、量産において固体間のばらつきを低減したセンサモジュールを提供することができる。
【００１４】
さらに、流れの方向を変向する複雑な副通路においても、接合精度を向上させることにより、量産において固体間のばらつきを低減し、且つダスト，汚損物質，水によるセンサ素子の破壊，特性の変化を低減したセンサモジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態の流量センサを示す横断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】本発明の一実施形態の圧入ピンの拡大図。
【図４】図２のＢ−Ｂ断面図。
【図５】本発明の一実施形態の受け穴の拡大図。
【図６】図５のＣ−Ｃ断面図。
【図７】本発明の一実施形態の圧入ピンが受け穴に挿入された拡大図。
【図８】本発明の一実施形態の受け穴の拡大図。
【図９】図８のＢ−Ｂ断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態について図１から図９を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態の流量センサ１を主通路に設置した状態を示す部分断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示す。図３は樹脂ハウジング部材の圧入ピン，樹脂ベース部材の受け穴の断面図を示す。図４は図３のＢ−Ｂ断面図を示す。
【００１８】
一般に、半導体タイプのセンサ素子２は、シリコン基板上に薄膜部を形成し、薄膜部上に発熱抵抗体３を形成する。発熱抵抗体３の材料は、不純物をドープした単結晶シリコンや多結晶シリコン，金属材料などで形成する。基板はセラミックや金属材料を用いて形成したものでも良い。
【００１９】
シリコン基板のような半導体基板に形成されたセンサ素子２は、複数のセラミック基板により形成される積層セラミック支持体１７に接着実装される。積層セラミック支持体１７は、一部の層を利用して矩形の窪み１８を形成し、センサ素子２はその窪み１８に実装される。このように窪み１８に実装されることにより、流れが安定してセンサ素子２表面を流れるため、安定した流量信号を得ることができる。また、積層セラミック支持体１７は内装に回路導体を形成し、表面にはセンサ素子２の駆動に必要な調整用ＬＳＩ１９及びチップ部品２４が実装される。センサ素子２はワイヤボンディングにより積層セラミック支持体１７に実装される回路基板と電気的に接続される。また、調整用ＬＳＩ１９もワイヤボンディングにより積層セラミック支持体１７に電気的に接続される。これにより、支持体と回路を一体化することができるため、接着実装を少なくすることができ、信頼性を向上することができる。このセンサ素子が実装された積層セラミック支持体１７はシリコーン系の熱硬化接着剤６により樹脂ベース部材４に実装される。この樹脂ベース部材と樹脂ハウジング部材を接合させて副通路を構成し、センサ素子はこの副通路に配置される。
【００２０】
ここで、樹脂ハウジング部材１４のセンサ素子２上の位置には、流れを縮流するための絞り部１３が形成されている。絞り部１３により、センサ素子２上で流体の乱れを低減した状態を得ることができ、安定した流量計測が可能となる。
【００２１】
しかし、副通路７の面方向の位置合わせ精度が不十分な場合、樹脂ハウジング部材１４に形成される絞り部１３とセンサ素子２の位置に製造上のばらつきが発生し、このばらつきが流量の計測誤差に影響を与える。
【００２２】
そこで本実施形態では、図２に示されるように、図３，図４に示される圧入ピン２１を樹脂ハウジング部材１４に設ける。そして、図５は受け穴２０の形状を示した図であるが、この受け穴２０を樹脂ベース部材４に設け、樹脂ベース部材４の受け穴２０に、樹脂ハウジング部材１４の圧入ピン２１が一致するように樹脂ハウジング部材１４が嵌合される構成とした。
【００２３】
また、樹脂ベース部材４と樹脂ハウジング部材１４の高さ方向の精度が不十分な場合、副通路７の断面積のばらつき、及び、絞り部１３とセンサ素子２の距離のばらつきが発生する。
【００２４】
しかし、副通路７領域に２ヶ所の圧入ピン２１と受け穴２０を設置することにより、圧入ピンと受け穴により、面方向の位置精度が得られる。
【００２５】
次に、圧入ピン２１および受け穴２０の形状について図６，図７を用いて説明する。図６は図５のＣ−Ｃ断面であり、図７は圧入ピン２１が受け穴２０に挿入された状態を示した図である。
【００２６】
図６に示されるように受け穴２０は内径の異なる２段の穴となっており、図７に示されるように、圧入ピン２１の長さをＬ２とすると、圧入ピン２１が接触する受け穴２０の深さはＬ１であり、Ｌ２＞Ｌ１となっている。このように、圧入ピン２１の先端は開放されているため、一旦挿入時に潰れたつぶれ代２２は開放されることにより、若干回復し、保持力を発生する。これにより、熱硬化中に、樹脂ハウジング部材１４と樹脂ベース部材４の縦方向の位置関係が一定に保持されるため、接着硬化後の精度を改善することができ、量産における固体間の副通路７の有効断面積のばらつきを低減することが可能となる。
【００２７】
また、樹脂ベース部材４の厚さをＬ３とすると、圧入ピン２１の長さＬ２はＬ２＜Ｌ３となるように構成されており、圧入ピン２１の先端は樹脂ベース部材４からは飛び出さない構成となっている。この構成により、圧入ピン２１の先端が、樹脂ベースの接合とは反対の面から飛び出ないため、製造工程における安定した搬送、製造後の輸送を行うことができる。
【００２８】
さらに、図８に示すように、圧入ピン２１が形成される面はその周囲の面よりも低い位置になるように、圧入ピン２１の周囲に窪み２３が形成されている。この構成により、樹脂ハウジング部材１４を樹脂ベース４に圧入した際に、圧入ピン２１のつぶれ代２２が潰されるが、このつぶれ代が削られたものがこの窪み２３に集積されるため、樹脂ハウジング部材１４と樹脂ベース４の嵌合時に、その隙間に入り、嵌合精度を悪化させることを防止することができる。
【００２９】
次に、他の実施形態について述べる。
【００３０】
樹脂ハウジング部材１４は加熱により樹脂ベース部材４と接合される。調整用ＬＳＩ１９の領域には保護のためシリコーンゲルが注入される。樹脂ハウジング部材１４にエポキシ系の熱硬化接着剤が塗布され、カバー部材２５が搭載される。カバー部材２５は加熱により接合され、センサモジュールとなる。
【００３１】
ここで、流入口から流入した流体は、図１に示す副通路７によってセンサ素子２領域までの間に、流れ方向が１８０度変向される。この構成により、流体に含まれるダスト，汚損物質，水などは、慣性力により、副通路の壁に衝突し、運動エネルギーを失う。これにより、センサ素子への直接の衝突を大幅に低減することができ、信頼性を向上することができる。
【００３２】
副通路内の流れは、積層セラミック支持体１７により、表面のセンサ素子２側の流れと裏面の流れに分流される。ここで、裏面側の流速が表面側の流速よりも速くなる構成とすることにより、流体に含まれるダスト，汚損物質，水などは、慣性力により、主に裏面側に流れ込んでいく。そのため、センサ素子２への直接の衝突を大幅に低減することができ、信頼性を向上することができる。しかし、この構成により、センサ素子付近の通路幅は流入口に比較して１／２以下となり、更に、センサ素子上面には絞り部が形成される。そのため、センサ素子２と絞り部１３の距離は、非常に狭くなる構成となる。
【００３３】
そこで、本実施形態における圧入ピン２１と受け穴２０により、樹脂ハウジング部材１４と樹脂ベース部材４の縦方向の位置精度を保持させることができる。すなわち、センサ素子２と絞り部１３の距離も精度良く構成される。
【００３４】
さらに、他の好ましい実施形態について述べる。
【００３５】
副通路７は流量の流入口からセンサ素子２の位置までの間の流れ方向を変向させる、または慣性効果を発生するように変向させることにより、空気流量に含まれるダストやカーボン等の汚損物質が、直接センサ素子２に衝突しないように構成される。この構成により、長期間の使用においても、汚損による検出素子の劣化や、破壊を防止することができる。しかしながら、このような副通路７は、内部の流れが複雑化するため、量産における固体ばらつきを抑えることが難しくなる。
【００３６】
そこで、前述の圧入ピン２１と受け穴２０の構成を適用することにより、精度がよく、かつ信頼性の高い流量センサとすることができることを特徴としている。
【００３７】
さらに、他の好ましい実施形態について述べる。
【００３８】
また、接着実装の際、半導体基板上にマイクロマシニング技術を用いて製造したセンサ素子２を用いた板状の流量センサを、板状の積層セラミック支持体１７に接着実装し、この積層セラミック支持体１７を樹脂ベースに接着実装する。その上で、樹脂ハウジング部材１４を接着実装する。この接着実装は、全て一方向、例えば、縦方向となる構成としている。マイクロマシニング技術を用いて製造したセンサ素子２は、熱容量が小さく、流量に対して高速に応答することが可能であり、また、一方向に積層していく接着実装は、製造を容易にすることができる。また、板状の積層セラミック支持体１７は、副通路の中央付近に配置し、センサ素子２の配置されている表面と、センサ素子２の配置されていない裏面に流体が流れる構成とし、裏面の流速を速くすることが望ましい。この構成により、副通路内に流体と共に導入されるダスト，汚損物質，水が主に裏面側を通過し、表面側にはそのような物質が流れ難く、センサ素子２への衝突を防止することができる。しかし、この積層接着実装により、各部品の公差，接着公差が全て加算され、またセンサ素子２付近の流れを２分するため、センサ素子２表面の流路幅に対し、加算される公差が相対的に大きくなってしまうため、センサ素子２の表面側の流速とセンサ素子２の裏面側の流速のバランスがくずれてしまい、前記のダスト，汚損物質，水をセンサ素子裏面に通過させる効果が低減してしまう場合が生じる。
【００３９】
しかし、前述の圧入ピン２１，受け穴２０の適用により、副通路７の縦方向の精度を維持することができ、高速応答，高信頼性，容易な製造を両立する流量センサとすることができる。
【００４０】
さらに、他の好ましい実施形態について述べる。
【００４１】
圧入ピン２１と受け穴２０は、樹脂ハウジング部材１４および樹脂ベース部材４の副通路７を構成する壁を構成する領域に配置される。樹脂ハウジング部材１４は、電気信号を伝える金属部品がインサート成形されており、金属部品と樹脂部位の線膨張係数が異なるため、接着剤６の熱硬化時に、この線膨張係数の違いにより樹脂ハウジング部材１４と樹脂ベース部材４の位置関係にずれを生じさせる力が発生する場合がある。この場合に、圧入ピン２１，受け穴２０が副通路７を形成する領域に配置されていると、樹脂ハウジング部材１４と樹脂ベース部材４間にそのような力が発生した場合でも、副通路７の領域は縦方向の位置関係が維持されることを特徴としている。副通路７は、センサ素子２の位置における流量を規定するため、副通路７の製造精度はセンサモジュールの精度に影響する。ここで、嵌合時に、この圧入ピン２１が受け穴２０に挿入され、副通路７の面方向の位置を決定する。また、圧入ピン２１のつぶれ代２２により、樹脂ハウジング部材１４と樹脂ベース部材４が保持されるため、高さ方向の位置も決定され、接着，硬化中に２つの部材の接合状態を維持することができる。これにより、面方向，高さ方向ともに精度よく２つの部材を接着硬化できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  流量センサ
２  センサ素子
３  発熱抵抗体
４  樹脂ベース部材
５  凹部
６  接着剤
７  副通路
８  測定用通路部
９  絞り
１０  主通路
１２  開口部
１３  絞り部
１４  樹脂ハウジング部材
１５  回路基板
１６  ワイヤボンディング
１７  積層セラミック支持体
１８  矩形の窪み
１９  調整用ＬＳＩ
２０  受け穴
２１  圧入ピン
２２  つぶれ代
２３  圧入ピン形成面の窪み
２４  チップ部品
２５  カバー部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005409560.tif 000008
【図８】
0005409560.tif 000009
【図９】
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